定义
加密货币挖矿是一种计算过程，通过该过程，新的交易被验证、分组到区块中，并添加到工作量证明（PoW）区块链网络中。矿工使用专用硬件来解决复杂的数学难题——具体来说，就是找到低于目标难度阈值的哈希值——第一个解决难题的矿工将获得向区块链添加下一个区块的权利，并获得新铸造的加密货币作为区块奖励，外加交易手续费。
挖矿具有双重作用：它通过使篡改交易历史在经济上变得极其昂贵来保障网络安全，并创建了一种公平、去中心化的机制来分发新的货币单位。挖出一个区块所需的计算量（工作量证明）确保了更改过去的区块需要重新完成所有后续工作，从而使区块链实际上不可篡改。
截至2024年，比特币挖矿已发展成为一个全球性产业，预计年收入超过100亿美元，每年消耗约150太瓦时（TWh）电力——相当于波兰或阿根廷等国的能源消耗量。尽管以太坊在2022年9月从挖矿过渡到权益证明（PoS）机制，但比特币、莱特币、狗狗币、比特币现金以及其他众多加密货币仍然依赖挖矿来达成共识。
起源与历史
2009年1月3日——中本聪使用标准CPU挖出了第一个比特币区块（“创世区块”或区块0）。该区块包含以下嵌入信息：“《泰晤士报》2009年1月3日 财政大臣即将对银行进行第二次救助。”
2009-2010年——比特币挖矿使用标准CPU进行。任何拥有个人电脑的人都可以从中获利。据估计，中本聪在此期间挖出了约1万枚比特币。
2010-2011年——GPU挖矿兴起，矿工们发现显卡执行SHA-256哈希计算的效率远高于CPU，性能提升可达10-100倍。这标志着第一次挖矿“军备竞赛”的开始。
2011-2012年——现场可编程门阵列（FPGA）被应用于挖矿，其能效优于GPU。像BFL（Butterfly Labs）这样的公司开始销售FPGA挖矿设备。
2013年1月——Avalon公司出货了首款商用比特币专用集成电路（ASIC）矿机，彻底改变了整个行业。ASIC矿机专为SHA-256哈希算法而设计，性能比GPU提升了1000倍。
2013-2017年——挖矿产业迅速发展。中国（特别是四川和内蒙古）涌现出大规模矿场，利用当地廉价的水电和煤电资源。鼎盛时期，中国矿工控制了全球比特币算力的约65-75%。
2021年5月，中国禁止加密货币挖矿，引发大规模挖矿业务向美国、哈萨克斯坦、俄罗斯和其他国家转移。比特币算力下降了50%，但在几个月内恢复。
2022年9月15日——以太坊完成“合并”，从工作量证明（PoW）机制过渡到权益证明（PoS），并终止了以太坊挖矿。GPU矿工被迫转向其他PoW链，或彻底退出挖矿。
2024 年 4 月——比特币第四次减半将区块奖励从 6.25 BTC 减少到 3.125 BTC，进一步压缩了挖矿利润，并推动了向最高效运营的整合。
“挖矿是比特币的创建和安全保障过程。如果没有挖矿，比特币就只是一个有趣的概念而已。”
简单来说
- 淘金比喻就像淘金者耗费精力挖掘岩石寻找金块一样，加密货币矿工也消耗电能进行哈希运算，以找到有效的区块。这里的“黄金”指的是区块奖励——新创建的加密货币。
- 彩票挖矿就像每秒购买数十亿张彩票。每次哈希计算都是一次猜测，第一个猜中中奖号码的矿工就能添加下一个区块并获得奖励。你的算力越强，就能购买越多的彩票。
- 会计师竞赛想象一下，成千上万的会计师争相核对账簿页面。第一个完成并证明其工作正确无误的人将获得奖励。这种竞争性的核对方式确保了账簿的准确性，而无需依赖可信的中央机构。
- 保安矿工就像守护金库的保安。他们消耗能量（计算能力）来增加任何人闯入（逆向交易）的成本。保安越多（算力越高），金库就越安全。
重要提示：挖矿盈利能力很大程度上取决于电力成本、硬件效率和加密货币价格。许多个体矿工都在亏损运营，尤其是在熊市期间。挖矿行业日益工业化和机构化，使得业余矿工难以与之竞争。
关键技术特征
哈希函数（比特币的 SHA-256）
- 矿工反复计算区块头的 SHA-256 哈希值，并结合一个随机数（nonce）。
- 目标是找到一个低于网络难度目标值的哈希值——本质上是一个以特定数量零开头的数字。
- 每次哈希尝试都是独立的——没有捷径或进度；纯粹是反复试验。
- 比特币目前的哈希率超过 600 EH/s（每秒百亿亿次哈希运算），这意味着该网络每秒执行 600 万亿亿次哈希计算。
挖矿难度调整
- 比特币每 2,016 个区块（大约每两周）自动调整一次挖矿难度。
- 如果方块找到的速度快于10分钟的目标时间，则难度增加；如果速度慢于目标时间，则难度降低。
- 这种机制确保无论有多少算力加入或离开网络，都能持续不断地生成区块。
- 难度调整是比特币的自我调节机制，旨在维持其可预测的货币政策。
采矿原理（分步详解）
- 交易收集矿工从内存池中收集待处理的交易，并将它们组装成一个候选区块。
- 砌块头部结构矿工创建一个包含前一个区块哈希值的区块头， 默克尔根 交易记录、时间戳、难度目标和随机数字段
- 哈希矿工使用不同的 nonce 值反复对区块头进行哈希运算，以寻找一个 哈希 低于难度目标
- 区块发现当找到有效的哈希值时，矿工会将该区块广播到网络。
- 企业验证其他节点验证区块的有效性（哈希值是否正确、交易是否有效、奖励金额是否正确）
- 链延长一旦区块被接受，它就会被添加到区块链中，矿工将获得区块奖励和交易手续费。
- 新一轮所有矿工开始挖下一个区块，并将新接受的区块的哈希值作为他们的“前一个区块哈希值”。
挖矿硬件的演变
- CPU（2009-2010）标准处理器，~1-20 MH/s
- GPU（2010-2012）显卡算力约为 100-800 MH/s，CPU 性能的 10-100 倍
- FPGA（2011-2013）可编程芯片，算力约 500 MH/s，比 GPU 更节能
- ASIC（2013年至今）采用专用芯片的现代装置可实现 100-250+ TH/s 的计算效率和 20-35 J/TH 的能耗。
- 领先的ASIC制造商：比特大陆（蚂蚁矿机）、MicroBT（WhatsMiner）、迦南（Avalon）
采矿池
- 个体矿工加入矿池，共同整合算力并按比例分享奖励，从而降低收益波动。
- 如果没有矿池，即使矿工24小时不间断运行设备，单个矿工也可能几年都找不到一个区块。
- 主要资金池：Foundry USA、AntPool、F2Pool、ViaBTC、Binance Pool
- 资金池费用模式：PPS（按股付费）、PPLNS（按最后N股付费）、FPPS（全额按股付费）
优点缺点
| 优势 | 缺点 |
| 网络安全 挖矿使得攻击在经济上难以承受；对比特币发起 51% 攻击将耗费数十亿美元的硬件和电力成本。 | 能源消费 比特币挖矿每年消耗约150太瓦时（TWh）的电力，引发了环境方面的批评。 |
| 去中心化发行 新代币的分配方式是通过竞争性的、无需许可的工作，而不是集中式分配。 | 硬件集中化 – ASIC制造集中在少数几家公司手中（比特大陆占据主导地位） |
| 审查抵抗 没有哪个单一实体可以控制哪些交易被包含在区块中。 | 地理集中度 采矿活动往往集中在电力成本最低的地区，从而造成地缘政治风险。 |
| 可预测的供应 挖矿难度调整和减半计划创造了一种可预测的通缩货币政策 | 电子垃圾 – ASIC矿机寿命有限（2-4年），且没有其他用途，会产生电子垃圾。 |
| 经济激励 通过经济奖励使矿工行为与网络健康状况保持一致 | 进入壁垒高 工业规模的采矿需要数百万美元的资金用于硬件、设施和电力合同。 |
| 经过验证的安全模型 比特币的PoW机制在过去15年多的时间里，保护了数千亿美元的价值，且未曾遭受过成功的攻击。 | 收益递减 – 减半事件会随着时间的推移减少区块奖励，从而对矿工的经济状况造成压力。 |
风险管理
盈利风险
- 挖矿收益取决于加密货币价格、电力成本、挖矿难度和硬件效率之间的相互作用。
- 使用挖矿计算器（例如 WhatToMine、NiceHash、CryptoCompare）来模拟各种场景下的盈利能力。
- 考虑通过期货或期权对冲挖出的加密货币，以锁定价格。
硬件风险
- 随着更新、更高效的型号不断推出，ASIC矿机的价值迅速贬值。
- 请从授权制造商或分销商处购买，以避免买到假冒或损坏的设备。
- 考虑交货周期——ASIC订单可能需要3-6个月才能交付，在此期间盈利状况可能会发生剧烈变化。
监管风险
- 中国、科索沃和其他一些地区已经实施了采矿禁令或限制。
- 能源法规和碳税可能会增加运营成本
- 某些司法管辖区要求采矿作业获得特定许可证或执照。
操作风险
- 采矿设施面临着停电、冷却系统故障、火灾和设备故障等风险。
- 网络连接中断会导致矿工在过期的区块上工作，造成电力浪费。
- 适当的设施管理（通风、粉尘控制、消防）对于大型作业至关重要。
文化相关性
“我不认为比特币挖矿的能源消耗是个漏洞，而是一项特性。这是保障历史上最重要的金融网络安全的必要代价。”——杰克·多西
挖矿文化涵盖范围极广，从个人爱好者在自家车库里运行一台ASIC矿机，到上市公司运营规模堪比仓库的矿场，无所不包。这个群体技术性极强，竞争激烈，而且往往受地域因素（例如电力成本）的影响。
知名人物和公司：
- 中本聪 – 挖出了第一批比特币区块，据估计持有约 1 万枚未移动的比特币。
- 吴继汉 比特大陆——联合创立了业界领先的ASIC矿机制造商和矿池（蚂蚁矿池），成为挖矿领域最具影响力的人物之一
- 马拉松数字控股 – 北美最大的上市比特币矿商之一，以工业规模运营。
- 弗雷德·泰尔 （马拉松石油公司首席执行官）——倡导可持续采矿实践和机构级采矿作业
文化冲突：
- 能源辩论PoW挖矿对环境的影响是加密货币领域最具争议的话题，批评者指出其会导致碳排放，而支持者则强调其对可再生能源的利用。
- PoW与PoS以太坊转向权益证明机制，再次引发了关于工作量证明是否必要的争论，比特币的拥护者认为工作量证明提供了无可替代的安全保障。
- 家庭采矿怀旧许多早期用户对采矿业的工业化感到惋惜，怀念过去任何人都能在家盈利采矿的时代。
实际例子
1. 中国采矿禁令与大迁徙
情景：2021 年 5 月，中国国务院宣布打击比特币挖矿，导致 2021 年 9 月全面禁止比特币挖矿。
实施方案：控制着全球约 65% 算力的中国矿工被迫关闭矿场并迁址。数千台 ASIC 矿机被运往美国、哈萨克斯坦、俄罗斯和其他国家。比特币的算力下降了约 50%。
结果：算力在大约六个月内恢复，展现了网络的韧性。美国成为全球最大的比特币挖矿中心，挖矿的地理分布在全球范围内变得更加分散。
2. 比特币第四次减半（2024年4月）
场景：2024 年 4 月 20 日，比特币的区块奖励从 6.25 BTC 减半至 3.125 BTC，按当时的物价计算，每日挖矿收入将减少约 3000 万美元。
实施情况：效率低下且电力成本高的矿机因无利可图而关闭。而那些通过升级到最新一代ASIC矿机（如蚂蚁矿机S21、WhatsMiner M60）做好准备的矿业公司则挺过了利润空间压缩的难关。
结果：算力最初略有下降，但随着幸存矿工扩大运营规模并部署更高效的新硬件，算力随后回升至历史新高。交易手续费在矿工收入中所占比例越来越大，在需求高峰期，一些区块的手续费甚至超过了区块奖励。
3. Marathon Digital 的机构挖掘
情景：Marathon Digital Holdings 从 2020 年的一家小型公司发展成为 2024 年全球最大的比特币矿商之一。
实施方案：马拉松矿业通过股权发行和债务融资筹集资金，购买了数十万台ASIC矿机，并在德克萨斯州、北达科他州和其他美国州建立了矿场。该公司专注于获得低成本的电力合同，并部署最新一代的硬件设备。
结果：到 2024 年，Marathon 的算力超过 25 EH/s，约占比特币网络总算力的 4%。该公司资产负债表上持有超过 15,000 枚比特币，将挖矿业务与长期持有（HODL）的资金管理策略相结合。
对比表
| 特性 | 工作量证明挖矿 | 权益证明验证 | 云挖矿 | 合并采矿 |
| 所需硬件 | ASIC 或 GPU | 标准计算机 | 无（租来的） | 与主链相同的ASIC芯片 |
| 能源消费 | 很高 | 最小 | 高（在提供商处） | 边际增长 |
| 所需资金 | 高价（5美元-500万美元以上） | 因链而异（以太坊为 32 ETH） | 低价（50-1000美元以上） | 微不足道的额外 |
| 技术技能 | 中到高 | 低到中等 | 最小 | 中 |
| 权力下放 | 池浓缩 | 验证器浓缩 | 高度集中 | 支持较小的链 |
| 收入模型 | 区块奖励 + 手续费 | 质押奖励 + 手续费 | 采矿产量份额 | 额外连锁奖励 |
| 风险简介 | 硬件折旧、电力成本 | 削减，封锁期 | 存在诈骗风险，收益低 | 额外风险极小 |
相关条款
- 工作量证明（PoW） 挖矿所采用的共识机制，需要计算工作来验证区块。
- [哈希率](https://www.coindesk.com/learn/what-is-hash-rate/) – 在 PoW 网络中用于挖矿的总计算能力，以每秒哈希数衡量
- [区块奖励](https://academy.binance.com/en/glossary/block-reward) – 成功找到有效区块的矿工将获得新铸造的加密货币作为奖励
- 【比特币减半】(https://www.investopedia.com/bitcoin-halving-4843769) – 比特币每 210,000 万个区块（约 4 年）发生一次周期性事件，该事件会将区块奖励减半。
- 【矿池】(https://www.investopedia.com/terms/m/mining-pool.asp) 一群矿工联合起来，结合算力，按比例分享奖励，以降低收益波动。
- [ASIC（专用集成电路）](https://www.coindesk.com/learn/what-is-an-asic-miner/) – 专为加密货币挖矿设计的专用硬件
- 【难度调整】(https://en.bitcoin.it/wiki/Difficulty) - 自动重新校准挖矿难度以保持一致的区块时间
- [随机数](https://www.investopedia.com/terms/n/nonce.asp) – 矿工在对区块头进行哈希运算以寻找有效工作量证明时所遍历的随机数。
- [51%攻击](https://www.investopedia.com/terms/1/51-attack.asp) ——一种理论上的攻击，即控制了大部分算力的矿工可以操纵区块链。
常见问题解答
2024 年比特币挖矿还能盈利吗？
比特币挖矿的盈利能力取决于电费、硬件效率和比特币价格。2024 年 4 月减半后，矿工需要使用最新一代 ASIC 矿机，且电价低于约 0.07 美元/千瓦时，才能在比特币的正常价格下保持盈利。能够获得廉价电力（0.03-0.05 美元/千瓦时）的工业矿机可以持续盈利，而电力成本高昂地区的家庭矿机往往会亏损。
比特币挖矿需要消耗多少电力？
比特币挖矿每年消耗约 150 太瓦时 (TWh) 的电力，与波兰等国的能源消耗量相当。然而，比特币挖矿委员会的研究估计，超过 50% 的挖矿能源来自可持续能源，包括水力发电、太阳能、风能和核能。
我可以在家里挖比特币吗？
理论上可以，但盈利却很困难。一台现代ASIC矿机（例如Antminer S21）售价在3,000到5,000美元之间，功耗约为3,500瓦，在比特币平均价格和电费水平下，每天大约只能产生10到20美元的收益。此外，你还需要考虑噪音（超过80分贝）、发热量和电费等因素。许多家庭矿工加入矿池，将其视为一种爱好或精神追求，而非纯粹的盈利活动。
挖矿和质押有什么区别？
挖矿（工作量证明）需要昂贵的硬件和电力来解决计算难题。质押（权益证明）需要锁定加密货币作为抵押品来验证交易。挖矿虽然耗能，但通过物理劳动提供可靠的安全性；质押虽然节能，但需要经济投入。以太坊在 2022 年从挖矿转向质押；比特币仍然完全依赖挖矿。
当所有比特币都被挖出后会发生什么？
预计最后一个比特币将在2140年左右被挖出。此后，矿工的激励机制将完全由交易手续费而非区块奖励构成。这一转变是渐进的——每四年一次的减半事件会逐步降低区块奖励，而交易手续费在矿工收入中所占的比例也越来越高。
以太坊挖矿为何停止？
以太坊于 2022 年 9 月 15 日从工作量证明 (PoW) 过渡到权益证明 (PoS)（“合并”），主要目的是将能源消耗降低 99.9% 以上，并为未来的可扩展性改进奠定基础。这一决定是出于对环境的考虑，也是以太坊社区长期以来向 PoS 过渡的规划所驱动的。
来源
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